Анализ схемы и конструкции микрофарадометра

Основу прибора составляет микроконтроллер PIC16F876A, выполняющий все основные функции: управление процессом измерения, вычисление его результатов и отображение полученного значения измеряемой емкости на индикаторе.

Принципиальная схема прибора показана в приложении Г, перечень элементов схемы в приложении Д. Микроконтроллер DD1 работает по программе. После включения питания и инициализации микроконтроллера устройство работает в автоматическом режиме. Вывод RA3 — вход образцового напряжения компаратора, RC0, RC1 — выходы управления источниками зарядного тока, RC2 — выход включения разрядки измеряемого конденсатора.

Цикл измерения начинается с разрядки конденсатора через транзистор VT2 и резистор R5. Затем включается источник зарядного тока, равного 1 мА, на транзисторе VT3. Напряжение на конденсаторе начинает увеличиваться. При достижении им значения примерно 1 В, равного образцовому напряжению на входе RA3, микроконтроллер DD1 останавливает процесс зарядки и фиксирует его продолжительность.

Если напряжения на измеряемом конденсаторе не достигнет образцового в течение 1.2 сек, происходит переход на старший предел измерения: включается источник тока, равного 1 А, на транзисторе VT1, индикация «х1000» и измерение повторяется. Далее микроконтроллер вычисляет значение измеряемой емкости по времени зарядки, зарядному току и напряжению на конденсаторе с учетом предела измерения и соответствующего ему калибровочного коэффициента. Цикл измерения периодически повторяется.

Динамическая индикация результатов организована на трехразрядном светодиодном индикаторе HG1-HG3, транзисторах VT5-VT7 и портах микроконтроллера RC3-RC5, RB0-RB7 по классической схеме.

Кнопки SB1-SB3, подключенные к портам ВА1, ВА2 и ВА5, служат для ввода калибровочных коэффициентов при настройке и поверке прибора.

Исходный текст управляющей программы написан на языке С в среде программирования МРLAB IDE версии 6.5, укомплектованной компилятором PICC версии 8.05PL1.

Конструктивно прибор оформлен в корпусе от мультиметра М838. Для питания используется выносной выпрямитель (в сетевой вилке), обеспечивающей выходное напряжение 9 … 12 В при токе до 1 А.

Проектирование печатного модуля начинается с определения площади печатной платы, которая вычисляется по формуле S= SУСТi / КЗАП, где.

S — площадь ПП, мм;

SУСТi — установочная площадь i-го элемента, мм;

КЗАП — коэффициент заполнения ПП (0,33…1).

Площадь резисторов 0,25ВТ (33 шт.)=1031,25 ммІ, 1Вт (1 шт.)=78,15 ммІ, 2Вт (1 шт.)=100 ммІ,.

Площадь диодов КД208А (2 шт.)=180 мм, Площадь стабилитронов КС133А (2 шт.)=105 ммІ,.

Площадь конденсаторов КМ6(4 шт.)=208 мм, Площадь микроконтроллера PIC16F876A-IP (1 шт.)=608 мм, Площадь транзистора КТ3102А (1 шт.)=18,34 ммІ,.

Площадь светодиодов АЛ307БМ (2 шт.)=37,68 ммІ,.

Площадь транзисторов КТ3107А (4 шт.)=65,31 ммІ,.

Площадь кварцевого резонатора (1 шт.)=49,35 ммІ,.

Площадь транзистора IRFZ46N (1 шт.)=32,27 ммІ,.

Площадь цифровых индикаторов ТР319К (3 шт.)=375 ммІ.

КЗАП примем равным 0,4; тогда площадь ПП:

S=2888,95/0,4=7222,375 мм Печатную плату рекомендуется разрабатывать прямоугольной формы с соотношением сторон не более 3:1 и размерами не более 120Ч70 мм.

В качестве материала печатной платы, как правило, выбирается стеклотекстолит либо гетинакс.

СФ-2−35−2 ГОСТ 10 315–78.

• — двухсторонний
• — толщиной 1,5 мм
• — толщина медной фольги 35мкм.
• — размером 110Ч65 мм

Монтажные отверстия 4,6 мм и расположены в углах печатной платы по диагонали. Шаг координатной сетки берем равным 1,25 мм. При определении ширины печатных проводников основываются на анализе электрической схемы, особенности размещения ЭРЭ на ПП, способу установки ПП в корпусе устройства и на соображения экономической целесообразности. Ширину печатных проводников определяют по классам точности, которые подразделяются по плотности проводящего рисунка на основе ГОСТ 23 751–86. Данная печатная плата будет проектироваться по второму классу точности. Выпуск печатных плат 2-го класса осуществляется на рядовом оборудовании, а иногда даже на оборудовании, не предназначенном для изготовления печатных плат. Такие ПП с невысокими (и даже с низкими) конструктивными параметрами предназначены для недорогих устройств с малой плотностью монтажа. К этому классу относятся печатные платы любительского и макетного уровня, часто единичного или мелкосерийного производства.

Печатная плата измерителя — с двусторонним печатным монтажом и двусторонним расположением деталей (Приложение А).

Чертеж печатной платы со стороны индикаторов (Приложение Б), а со стороны установки микросхемы и транзисторов (Приложение В).